(57)【要約】【課題】燃料電池の流体配管用の交換部品を部品単体で安全に交換できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体６と、燃料電池本体６の外周を覆う筐体４と、燃料電池本体６から筐体４の外部へ延設された反応ガス用の流体配管５と、筐体４の一部に設けられ、流体配管５が貫通する貫通孔７と、を備え、流体配管５の交換部品１１が筐体４の内部に収納される燃料電池システム１において、交換部品１１は、筐体４の外部に延設する延設部８を有するとともに、延設部８とともに着脱可能である。【選択図】図１
2007323815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体の外周を覆う筐体と、燃料電池本体から筐体外部へ延設された反応ガス用の流体配管と、筐体の一部に設けられ、流体配管が貫通する貫通孔と、を備え、流体配管の交換部品が筐体内部に収納される燃料電池システムにおいて、
交換部品は、筐体外部に延設する延設部を有するとともに、延設部とともに着脱可能であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、延設部は、交換部品と着脱可能に設置された封止蓋であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、流体配管の交換部品は、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋と交換部品とに設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、流体配管の交換部品は、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋に設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、交換部品はフィルタであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、交換部品はイオン交換器であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、封止蓋と交換部品との接触面には、反応ガス漏れを防止するためのシール構造が設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、交換部品と燃料電池本体の一部との接触面には、反応ガス漏れを防ぐためのシール構造が設けられることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１に記載の燃料電池システムであって、燃料電池本体の一部はエンドプレートであることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、特に、反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体の外周を覆う筐体と、燃料電池本体から筐体外部へ延設された反応ガス用の流体配管とを含む燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に用いられる燃料電池には、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を始めとして種々のタイプがある。これらの燃料電池を用いたシステムは、基本的に、燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素又は空気）を電気化学的に反応させて電力を発生させる発電システムである。
【０００３】
図３に、燃料電池システムの概略構成を示す。図３（ａ）に、燃料電池システムの全体構成を断面図で示し、図３（ｂ）に、図３（ａ）をＡ−Ａ方向からみた側面図を示す。本明細書において、燃料電池システム１は、燃料電池２、エンドプレート３、筐体４、及び流体配管５を含む。燃料電池２とは、例えば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の場合、一般に、ポリエチレン等の材料で形成された固体高分子電解質膜が、ガス拡散電極により挟まれた状態で一体的に接合されたＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、セパレータとから成る単セルが複数積層されたものをいう。この積層された単セルの集合である燃料電池２は、その端部に取り付けられる一対のエンドプレート３に挟まれて締付ボルト（図示せず）により固定される。このようにして、燃料電池２とエンドプレート３とが組み合わされた燃料電池本体（スタック）６が形成される。
【０００４】
燃料電池本体６には、反応ガスである燃料ガス（水素）、酸化ガス（酸素又は空気）、及び冷却水（水等）を外部から供給する供給配管５ａと、外部へ排出する排出配管５ｂとが接続されている。一方、燃料電池本体６は、補機部品とともに筐体（燃料電池ケース）４により外周を覆われている。従って、燃料電池本体６に接続される供給配管５ａ及び排出配管５ｂは、この筐体４の一部に設けられた貫通孔７を貫通する。ここでは、これらの反応ガス用の供給配管５ａ及び排出配管５ｂをまとめて流体配管５という。これらの流体配管５が貫通する筐体４の貫通孔７には、封止蓋８が設けられ、流体配管５は、この封止蓋８により貫通孔７に設置される。
【０００５】
また、燃料電池２の流体配管５である反応ガスの供給配管５ａ及び排出配管５ｂには、反応ガスに含まれる不純物、塵埃、異物等を除去するフィルタやイオン交換器が取り付けられる。これらのフィルタやイオン交換器といった部品は、その使用により機能が次第に低下することから、所定の期間経過後には、新たな部品との交換を考慮しなければならない。ここでは、フィルタやイオン交換器を総称して、「交換部品」と称する。この交換部品は、流体配管５の一部に、通常バルブと共に取り付けられる。また、交換部品は、冬季の凍結対策として、燃料電池本体６に発生する熱を利用するために、燃料電池本体６に近接して設けられるのが一般的である。
【０００６】
特許文献１には、燃料電池本体の高電圧部との接触を防止する燃料電池が開示されている。図４に、この燃料電池に関する従来技術の概略の断面図を示す。ここでは、燃料電池本体２４から貫通孔４０を経て電源ケーブル３８を燃料電池ケース２２の外に延出させる構造において、その貫通孔４０に貫通した穴を持つグロメット（シール蓋）４２が取り付けられている。また、グロメット４２の貫通した穴に電源ケーブル３８を密着して貫通させ、そのグロメット４２を燃料電池ケース２２の貫通孔４０に嵌合させている。この構造により、高電圧部３４を表面に有する燃料電池２０を燃料電池ケース２２により保護しつつ、電力や制御信号を燃料電池本体２４から取り出すことができる。
【０００７】
特許文献２には、燃料電池装置が開示され、この装置に取り付けられたメンテナンスが必要な部品を、パッケージの外部パネル近傍に配置することが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１７４０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、流体配管用の交換部品は、使用によりその機能が低下した場合には交換しなければならない。しかし、この交換部品は、燃料電池本体に組み込まれているため、部品単体を取り出して交換することはできない。
【００１０】
しかも、交換部品が収納されている筐体内部の燃料電池本体には、高電圧な部位があるため、保守点検員が保守のために燃料電池本体内へアクセスすることは禁止されている。つまり、部品を交換するために、燃料電池の筐体を開けることはできない。これは、発電終了後であっても、燃料電池本体の残留電荷量が予測できないことから、燃料電池本体内へアクセスすることは禁止されている。従って、部品の交換をするためには、燃料電池本体が収納された筐体ごと交換しなければならない。
【００１１】
本願の目的は、かかる課題を解決し、燃料電池の流体配管用の交換部品が、部品単体で安全に交換できる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、燃料電池本体の外周を覆う筐体と、燃料電池本体から筐体外部へ延設された反応ガス用の流体配管と、筐体の一部に設けられ、流体配管が貫通する貫通孔と、を備え、流体配管の交換部品が筐体内部に収納される燃料電池システムにおいて、交換部品は、筐体外部に延設する延設部を有するとともに、延設部とともに着脱可能であることを特徴とする。
【００１３】
また、燃料電池システムは、延設部が、交換部品と着脱可能に設置された封止蓋であることが好ましい。
【００１４】
また、燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋と交換部品とに設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることが好ましい。
【００１５】
また、燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、封止蓋と燃料電池本体の一部との間に設置され、封止蓋に設けられたボルト孔にボルトを挿入して燃料電池本体の一部に取り付けられることが好ましい。
【００１６】
また、燃料電池システムは、交換部品がフィルタであることが好ましく、また、交換部品がイオン交換器であることが好ましい。
【００１７】
また、燃料電池システムは、封止蓋と交換部品との接触面には、反応ガス漏れを防ぐためのシール構造が設けられることが好ましく、また、交換部品と燃料電池本体の一部との接触面には、反応ガス漏れを防ぐためのシール構造が設けられることが好ましい。
【００１８】
更に、燃料電池システムは、燃料電池本体の一部がエンドプレートであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成により、本発明に係る燃料電池システムは、流体配管の交換部品が、筐体の内部に設けられるものの、交換部品は筐体外部に延設する延設部を有し、その延設部とともに筐体外部から着脱可能となる。従って、交換部品を単体で取り出すことが可能となる。
【００２０】
また、交換部品のみを筐体外部から交換できる。従って、燃料電池本体が収納された筐体ごと交換せずにメンテナンスが可能となる。
【００２１】
また、交換部品は、筐体外部から延設部とともに取り外すことで交換可能となる。従って、燃料電池本体の高電圧部に接触することもなく、安全性を確保しつつ部品の交換が可能となる。
【００２２】
以上のように、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の流体配管用の交換部品が、部品単体で安全に交換可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
【００２４】
図１に、燃料電池システムの一つの実施形態の概略構成を示す。図１（ａ）に、燃料電池システム１を断面図で示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）のＡ−Ａ方向からみた側面図で示す。図１では、燃料電池システム１の構成として、燃料電池２、エンドプレート３、筐体４、燃料電池本体６、及び流体配管５を示す。さらに、交換部品１１と、筐体４に設けられた貫通孔７と、貫通孔７に設置され、交換部品１１の延設部である封止蓋８と、封止蓋８と交換部品１１とを燃料電池本体６のエンドプレート３に取り付けるボルト９とを示す。交換部品１１の延設部は、本実施形態の封止蓋８に限らず、交換部品１１を貫通孔７に設置するものであれば、交換部品１１の一部に設けられ、筐体外部に延設されたものでも良い。
【００２５】
燃料電池システム１の流体配管５には、反応ガスである燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素又は空気）、及び冷却水（水等）を、外部から供給する供給配管５ａと外部へ排出する排出配管５ｂとがある。本実施の形態では、流体配管５は、そのうちの燃料ガス（水素）の排出配管５ｂの場合について説明する。燃料電池本体６内で、電気化学的に反応した燃料ガスである水素ガスは、エンドプレート３から取り出される排出配管５ｂにより筐体４の外部に排出される。この排出の際に、水素ガスは、空気と混合され、排出されても問題のない濃度にまで下げられる。但し、本燃料電池システム１は、この燃料ガスの排出配管５ｂに限らず、交換部品１１が取り付けられる供給配管５ａ、或いは、燃料ガス以外の排出配管５ｂにも適用され得る。
【００２６】
交換部品１１は、不純物、塵埃等の異物を除去するフィルタか、或いは異物のうちイオン交換可能な成分を除去するイオン交換器である。また、フィルタとイオン交換器とが組み合わされたものであっても良い。一般的に、交換部品１１は、フィルタやイオン交換器の冬季の凍結防止のために、燃料電池本体６に発生する熱を利用し、筐体４内の燃料電池本体６の近傍に設置される。また、交換部品１１は、バルブ（図示せず）と一体になっているのが一般的である。
【００２７】
交換部品１１は、不純物、塵埃等の異物を除去するため、使用によりその機能が低下する。従って、機能が低下した交換部品１１は、適切な時期に新たな部品と交換を考慮する必要がある。この交換部品１１は、内部にフィルタやイオン交換器が組み込まれユニット化されており、そのユニットごと取り替えればよい。従って、交換部品１１のフィルタやイオン交換器の内部の構成は省略して図示する。
【００２８】
筐体４に設けられた排出配管５ｂ用の貫通孔７には、封止蓋８が取り付けられる。この封止蓋８により排出配管５ｂが筐体４に固定される。また、筐体４は、封止蓋８により機密性等の性能が確保される。この封止蓋８には、複数のボルト用の孔が設けられる。このボルト用の孔は、図１（ｂ）では、４本の場合を示すが、この本数はこれに限らない。また、この封止蓋８には、筐体４の外部の排出配管５ｂが、溶接により接続される。図１（ａ）に排出配管５ｂと封止蓋８との環状の溶接部１３を示す。但し、この接続は溶接に限らずネジ式の接合であっても良い。さらに、この封止蓋８は、ボルト９を介して燃料電池本体６のエンドプレート３に取り付けられる。このボルト９は、ワンサイドボルトであり、エンドプレート３に予め設けられた雌ねじ孔にねじ込まれる。
【００２９】
交換部品１１は、封止蓋８とエンドプレート３との間に挿入される。交換部品１１にも、予めボルト９が貫通する孔が設けられ、封止蓋８の貫通孔７と、交換部品１１の孔と、エンドプレート３の雌ねじ孔は、それぞれボルト９が貫通して締結することが可能な位置に設けられる。
【００３０】
この封止蓋８と交換部品１１とが当接する面には、環状溝１０ｂが形成され、Ｏリングが挿入されて燃料ガスである水素の漏洩をシールする。同様に、エンドプレート３と交換部品１１とが当接する面にも、環状溝１０ａが形成され、Ｏリングが挿入されてガスの漏洩をシールする。このように、交換部品１１を封止壁８とエンドプレート３との間に挟みこみ、ボルト９によりそれらを締め込むことで、相互に密着させることが可能となり、シール機構と合わせて燃料ガスの十分なシールが可能となる。
【００３１】
上記構成により、交換部品１１を筐体４の外部から交換することが可能となる。その手順を以下に説明する。まず、ボルト９のボルトヘッド１２を筐体４の外部から緩めて外す。次に、封止蓋８及び交換部品１１をボルト９が貫通したまま取り外す。そしてユニット化された交換部品１１を新たな交換部品１１と交換し、それを封止蓋８とともに貫通孔７に設置し、ボルト９によりエンドプレート３に固定する。この方法により、燃料電池本体６の高電圧部に接触することもなく、安全性を確保しつつ交換部品１１の交換が可能となる。
【００３２】
なお、交換部品１１を封止蓋８とともにエンドプレート３に取り付ける方法は、上述の構成に限らない。図２に、この点に関する他の実施形態の概略を図示する。図２（ａ）に、燃料電池システム１を断面図で示し、図２（ｂ）に、図２（ａ）のＢ−Ｂ方向からみた側面図で示す。
【００３３】
この実施形態では、ボルト９は、交換部品１１の内部を貫通することなく、エンドプレート３の雌ねじ孔に直接ねじ込まれる。この場合、交換部品１１は、簡易な接着、或いは、封止蓋８に交換部品１１の受台を取り付けるといった方法により、封止蓋８に着脱可能に取り付いていれば良い。これにより、交換部品１１は、筐体４の外部から着脱可能となる。また、ボルト９を締め込むことで、このシール面は密着し、十分なシール効果が発生する。この実施形態の場合には、交換部品１１にボルト用の孔を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一つの実施形態の概略構成を示す断面図及び側面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの他の実施形態の概略構成を示す断面図及び側面図である。
【図３】燃料電池システム全体の概略構成を示す断面図である。
【図４】従来技術の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  燃料電池システム、２，２０  燃料電池、３  エンドプレート、４  筐体、５  流体配管、５ａ  供給配管、５ｂ  排出配管、６，２４  燃料電池本体、７，４０  貫通孔、８  封止蓋（延設部）、９  ボルト、１０ａ，１０ｂ  環状溝、１１  交換部品、１２  ボルトヘッド、１３  溶接部、２２  燃料電池ケース、３４  高電圧部、３８  電源ケーブル、４２  グロメット。
【図１】
2007323815.tif 000003
【図２】
2007323815.tif 000004
【図３】
2007323815.tif 000005
【図４】
2007323815.tif 000006